Studio e analisi dei sistemi di indagine remote sensing, morfologia e topografia
Università di Torino
Concluderemo il progetto iniziato in precedenza, vedendo come tematizzare i nostri dati. In un nuovo progetto utilizzeremo dati raster e dati vettoriali dell’area di Carchemish (Siria/Turchia), che scaricheremo dal portale Earth Explorer della United States Geological Survey (USGS), dal Dipartimento di Linguistica dell’Università di Uppsala e da Natural Earth.
Nel frattempo, aprire QGIS!
Link alle slides:
Una volta caricate dal link, le slide dovrebbero seguire la presentazione in automatico
Dato spaziale = Ogni dato relativo a, o che contiene informazioni riguardo un oggetto fisico che possiede una dimensione, forma e posizione specifica sulla superficie terrestre, e che è rappresentato attraverso un sistema di coordinate geografiche.
Vettori
Raster
È importante conoscere i tipi di dati e le geometrie, i loro vantaggi e svantaggi, per digitalizzare correttamente gli elementi all’interno del GIS.
In Archeologia
Dati raster possono essere:
Fattori da considerare riguardo la risoluzione spaziale
In archeologia:
Quindi considerare:
Clicchiamo su Ok e vedrete la vostra mappa modificarsi. I layer infatti sono stati riproiettati seguendo la il crs scelto e la sua proiezione (UTM). Se però andiamo a vedere il layer dei fiumi caricato in precedenza, vediamo che è ancora in WGS 84, EPSG: 4326 Questo perchè abbiamo cambiato solo il CRS del progetto, e non del layer. Ancora una volta, la riproiezione al volo di QGIS ci permette comunque di allineare tutti i layer nello stesso posto. Ora però cambiamo CRS anche ai layer. Come per il formato, il modo più semplice (e sicuro) per farlo è salvare i layer nel nuovo CRS. Approfittiamo e impariamo anche a salvarli nel nostro geopackage, così da evitare di avere tutti quei file associati allo shapefile riprodotti una seconda volta.
Cominciamo proprio dai fiumi: clicchiamo con il tasto destro sul layer -> “Esporta” -> “Esporta elementi come..”
Nel pannello di salvataggio, sotto formato selezioniamo Geopackage. Clicchiamo sui tre puntini a destra di “Nome file”, e selezioniamo il nostro file geopackage (nel caso vi chiedesse di sostituirlo, cliccate su sostituisci, in realtà non lo faremo).
Il campo nome layer verrà riempito automaticamente, tuttavia prende il nome del nostro file, mentre invece conviene modificarlo e nominarlo come il nostro layer che stiamo salvando, altrimenti non sapremo cosa caricare dopo. Scriviamo quindi ne_fiumi_uk_ir. Qui la parte importante, cambiamo il valore di SR e selezioniamo SR Progetto: ESPG 32630. Spuntiamo fid, e poi possiamo lasciare tutto il resto dei dati come sono e cliccare quindi su OK.
Il layer sarà caricato nel nostro progetto (se abbiamo lasciato la spunta su “Aggiungi il file salvato alla mappa”). A volte qgis inserisce il nome del geopackage prima del layer, potete rinominare il layer e toglierlo, o ricaricare il layer.
Ora rifacciamo lo stesso processo anche per i layer dei confini moderni e delle strade romane, lasciando perdere per il momento i forti e gli insediamenti romani.
Come potete vedere, quando abbiamo salvato i layer nel geopackage, questi sono stati ricaricati con dei colori randomici. Questo vuol dire che dobbiamo nuovamente modificare lo stile del layer come l’altra volta? Assolutamente no.
È possibile infatti copiare uno stile tra due layer, a patto che abbiano la stessa geometria. Per farlo clicchiamo con il tasto destro sul layer originale dei confini moderni. Lo potete distinguere dall’altro anche per il quadrato a sinistra del nome con il colore che gli abbiamo assegnato la volta scorsa. Una volta cliccato con il tasto destro, andiamo su Stili -> Copia Stile -> Tutti gli elementi dello stile. Non c’è bisogno che il layer sia attivo per farlo.
Per applicare lo stile al nuovo layer, clicchiamo con il tasto destro su quest’ultimo, poi andiamo su Stili -> Incolla Stile -> Tutti gli elementi dello stile.
Potete vedere adesso che anche il nuovo layer proveniente dal geopackage ha lo stesso stile di quello originale, senza dover rifare tutto nuovamente.
Facciamo lo stesso anche per il layer delle strade romane.
È ora di fare un po’ di pulizia nel nostro progetto. Togliamo i layer che non ci servono più, ovvero gli shapefile. Per controllare velocemente quale sia l’origine del nostro layer (il file che abbiamo caricato), possiamo passare il mouse sopra il layer e un popup ci dirà il percorso d’origine, se questo termina con .shp, possiamo eliminarlo. Lasciamo solamente il layer confini moderni e quello delle strade romane.
Abbiamo lasciato un po’ da parte i fiumi e i laghi, che sono ancora caricati con il colore di default assegnatogli da qgis. Clicchiamo due volte sul layer per aprire le proprietà del layer, e nel pannello simbologia, assegnate un colore blu ai fiumi.
Facciamo poi la stessa cosa per i laghi e salviamo il progetto.
Abbiamo adesso il layer pplaces, che, se apriamo la sua tabella attributi, altro non è che la versione completa e originale dei due layer dei forti e degli insediamenti romani (che infatti ritroviamo sotto la colonna FEATURETYP). Tuttavia, lasciati in questo modo sono difficilmente leggibili. Quando abbiamo un layer che presenta molte tipologie di elementi (come in questo caso, sotto FEATURETYP trovate altri tipi di siti archeologici oltre ai forti e agli insediamenti), uno dei modi per distinguerli facilmente e velocemente sulla mappa è attraverso una simbologia categorizzata.
La simbologia categorizzata è accessibile dal pannello dello stile del layer. Per cui chiudiamo la tabella attributi, facciamo doppio click sul layer pplaces e poi andiamo in Simbologia.
In alto, clicchiamo su Simbolo Singolo e dal menu a discesa selezioniamo categorizzato. Una simbologia categorizzata è usata per rappresentare gli elementi di un layer utilizzando una simbologia che possiamo definire noi, ma il cui aspetto riflette i valori univoci (discreti) di un campo
Vedrete che l’interfaccia cambia un po’. Alla voce valore, clicchiamo sulla freccia a destra per far apparire una lista di campi del layer e selezioniamo FEATURETYP. Vogliamo infatti mostrare le diverse tipologie di siti. Se avessimo invece voluto creare una mappa per mettere in evidenza i diversi periodi di occupazione dei siti, avremmo magari selezionato campi come TIMEPERIOD o TIMEPER_01.
Possiamo assegnare una scala di colori, ma per il momento lasciamo tutto così e clicchiamo su Classifica.
Vedete che il pannello è stato popolato di una serie di simboli e legende corrispondenti a tutti i campi univoci all’interno della tabella attributi nella colonna FEATURETYP. Clicchiamo su Applica e vediamo come dall’anteprima della mappa siano cambiati i colori dei singoli punti. Questo ci permette di distinguerli a prima vista. Clicchiamo su OK per chiudere il pannello Proprietà Layer.
Tuttavia, dato il numero degli elementi contenuti nel layer, la lettura è ancora un po’difficile. Ipotizziamo di voler filtrare questa vista, volendo ricreare la mappa stampata ad inizio giornata, ma aggiungendo un dettaglio: le ville.
Per farlo, prima di tutto, evitiamo di aprire ogni volta il menu delle proprietà. QGIS permette di modificare lo stile del layer osservando i cambiamenti in tempo reale. Per farlo, andiamo su Visualizza -> Pannelli -> Stile layer.
Si aprirà un nuovo pannello sulla destra con tutte le informazioni, esattamente come se avessimo aperto il pannello delle proprietà del layer. Potete ridurre o ampliare lo spazio del pannello che si aprirà a destra trascinando con il mouse su limite sinistro del pannello.
Per filtrare la nostra vista, togliamo la spunta a tutti gli elementi nella lista, tranne a fort, settlement, e villa. Come vedete, la mappa si aggiorna man mano che modifichiamo. Questo può rallentare i processi quando avete molti layer e un computer non troppo potente, ma generalmente non ci dovrebbero essere problemi.
Notate che ogni singolo punto nella nostra lista può essere modificato, possiamo cambiargli colore, ma soprattutto forma. Questo permette enormi possibilità di personalizzazione della mappa. Facciamo doppio click su simbolo affianco a fort nella lista nel pannello di stile del layer.
Si apre un pannello molto simile a quello visto la prima volta quando abbiamo modificato la forma al layer dei forti. Ripetiamo il processo, nel pannello sotto selezioniamo il triangolo rosso e portiamo la dimensione a 2 ancora una volta (notate come il layer si aggiorna subito sulla mappa). Clicchiamo poi sulla freccia blu a sinistra di fort per tornare alla schermata precedente.
Facciamo la stessa cosa per le ville, stavolta selezioniamo un simbolo diverso, come topo pop house e portiamo la dimensione a 2. Abbiamo adesso una mappa molto più leggibile e abbiamo facilmente aggiunto un altro frammento di informazione a quanto avevamo finora.
Tutti questi passaggi possono sembrare inutili al fine di ottenere una mappa simile a quella di prima. Tuttavia, pensate che adesso abbiamo un solo file (il geopackage) e un solo layer (pplaces) da cui poter accedere a moltissime informazioni, senza doverci districare all’interno di numerosi shapefile.
Esiste un altro tipo di visualizzazione molto comune in archeologia, ovvero quella graduata per dimensione. Purtroppo, il dataset relativo ai siti romani in Gran Bretagna non contiene informazioni relative alle dimensioni dei siti. Per lavorare su questa tematizzazione, carichiamo quindi un ulteriore layer dal nostro geopackage. Per caricare più velocemente il layer, andiamo nel pannello browser, e clicchiamo su Geopackage. Il nostro geopackage sarà presente nella lista.
Nuovamente, clicchiamo sulla freccia affianco al nome per rivelare il contenuto del geopackage. Per caricare un layer, semplicemente facciamo doppio click, in questo caso su ne_uk_populated_places
Rendiamo invisibili tutti i layer eccetto per i confini moderni, così che non ci siano sovrapposizioni. Questo layer infatti contiene punti dei maggiori centri popolati dell’Inghilterra. Clicchiamo sul layer nel pannello dei layer a sinistra e vediamo che anche il pannello dello stile del layer adesso rifletterà quello selezionato.
Cambiamo nuovamente simbologia, dal menu a tendina questa volta selezioniamo però Graduato.
Una simbologia graduata è usata per visualizzare tutte le geometrie di un layer, utilizzando un simbolo (definito da noi) il cui colore o dimensione riflettono la classificazione in classi dell’attributo scelto (ovvero il campo su cui baseremo la classificazione).
Il pannello è adesso leggermente diverso rispetto a prima. Nel campo valore, apriamo il menu a tendina e selezioniamo il campo POP_MAX.
Per il momento come simbolo lasciamo il punto, ma cambiamo il campo Metodo da Colore a Dimensione. Clicchiamo quindi su Classifica.
Come vedete, QGIS crea delle classi dimensionali che si basano su intervalli di valori presenti nella tabella attributi nel campo POP_MAX. Tuttavia, le differenze tra i simboli non sono così marcate, questo perché abbiamo sia poche classi, sia perché il modo in cui queste classi sono create non è ottimale. Potremo definire manualmente delle classi andando a modificare i valori nella lista dei simboli alla voce Valori. Tuttavia, richiederebbe una conoscenza approfondita dei dati e QGIS offre comunque valide alternative.
Innanzitutto, andiamo a modificare il numero di classi, normalmente questo richiederebbe molti tentativi, ma per il momento scriviamo 15. Adesso che abbiamo più classi, andiamo anche a modificare il range dimensinale del nostro simbolo, infatti, un range stretto con molte classi può portare i simboli ad assomigliarli in dimensioni, è importante che le classi abbiano un range sufficiente per essere mostrate accuratamente. Inseriamo un range che va 2 a 16 nelle voci affianco a Dimensione da. Infine, cambiamo il modo in cui vengono create le classi. Nel menu Moda, a sinistra di classi, selezioniamo Pretty Breaks.
Potete vedere che adesso la mappa sembra essere più rappresentativa del fatto che, ad esempio, a Londra ci sono molte più persone che nel resto delle città.
Per finire, possiamo rendere un po’ più carina la nostra simbologia, clicchiamo sulla freccetta a destra del Simbolo. Dalla ruota dei colori che appare, muoviamo lo slider dell’opacità (la barra con i quadrati bianchi e neri sopra Colori recenti). Muoviamolo fino a metà della barra da sinistra, e poi modifichiamo il colore dei punti ad un rosso. Solitamente, questo tipo di rappresentazione è anche accompagnato da un cambio di colore tra simboli, ma per il momento possiamo accontentarci di quanto fatto.
Questo tipo di visualizzazione è molto utile per osservare le dimensioni dei siti in un’area, per evidenziare siti maggiori e minori, e così via. Lo vedremo e lo faremo più nel dettaglio più avanti.
Salviamo il nostro Progetto.
Possiamo adesso lasciare il Regno Unito e muoverci verso l’Asia Occidentale. È buona pratica creare un progetto di QGIS diverso per ogni nostro nuovo progetto personale, ma soprattutto, a meno che le aree che stiamo analizzando non siano all’interno di una o due zone UTM (a seconda della scala di analisi, ovviamente) è sempre meglio creare un secondo progetto. Se usassimo infatti un progetto con sistema di riferimento proiettato centrato sull’Inghilterra per lavorare in Iraq, avremo delle forti distorsioni nella nostra mappa.
Possiamo creare un nuovo progetto direttamente all’interno del nostro attuale progetto. Per farlo, Andiamo su ‘Progetto’ -> Nuovo. Se non l’avete fatto, vi chiederà di salvare il vostro lavoro, fatelo pure.
Ottimo, siamo di nuovo davanti ad una mappa bianca. Stavolta vogliamo lavorare in Asia Occidentale, nell’area attorno al sito di Carchemish, un importante centro urbano del III ma soprattutto del II e I millennio a.C. Partiamo però da zero, non abbiamo (ancora) dati che ci dicano dove dobbiamo impostare la nostra vista, ma ipotizziamo che ci ricordiamo l’aspetto generale del territorio attorno a Carchemish. Ci serve quindi una mappa di base per orientarci.
Potremo aprire altri servizi ed orientarci, ad esempio usando le immagini ad alta risoluzione di Google Earth. QGIS ci permette di collegarci a diversi servizi (non solo Google) per ottenere una serie di mappe di base per ogni nostra necessità. Per farlo, però ci serve installare un plugin, uno strumento che, come detto in precedenza, ampia le funzionalità di QGIS stesso. Per accedere ai plugin, clicchiamo su Plugins in alto nella barra dei menu e poi su Gestisci ed installa plugins.
Si aprirà una lista di plugins, di default QGIS vi farà vedere quelli che avete installato. QGIS infatti viene installato con una serie di plugin preinstallati che ne permettono alcune funzionalità di base e che non possono essere disinstallati. Il plugin che stiamo cercando si chiama QuickMapServices e non è tra quelli già installati. Per cercarlo dobbiamo cambiare scheda e andare su Tutto (Non installati va bene lo stesso).
Una volta nella nuova scheda cerchiamo il nome del plugin nella barra di ricerca (già scrivendo quickmap, i risultati dovrebbero essere filtrati a sufficienza). Selezioniamo il plugin dalla lista e clicchiamo su Installa plugin.
Apparirà una finestra di installazione che dovrebbe chiudersi automaticamente in pochi secondi. Una volta fatto, se il plugin è installato con successo potrete vedere un messaggio in alto a conferma, e una casella di spunta e l’icona del plugin al posto dell’icona di default dei plugin (il tassello di puzzle verde). Perfetto! Chiudiamo questa finestra cliccando su Chiudi.
Un appunto: i plugin, come QGIS, si aggiornano di tanto in tanto. Per controllare l’aggiornamento dei plugin potete andare su Aggiornabile nella stessa finestra e cliccare su Aggiorna Tutto per aggiornarli tutti. Oppure selezionare il singolo plugin e cliccare su Aggiorna.
Ogni plugin che installiamo si andrà a posizionare in una specifica posizione nell’interfaccia di QGIS, spesso vi appariranno nuovi pulsanti, altre volte la homepage del plugin specificherà dove questo si trova, altre volte ancora bisognerà cercarlo un pochino nei vari menu. Ovviamente il posizionamento dei plugin segue comunque una logica: il plugin QuickMapServices permette di collegarsi a dei servizi internet esterni per visualizzare mappe di base. Troveremo quindi il plugin sotto Web nella barra dei menu.
Clicchiamoci e poi scendendo sul nome del plugin possiamo notare come i servizi a cui abbiamo accesso siano pochi, e che Google Earth non è tra questi. Per accedervi, dobbiamo scaricare il cosiddetto Contributed Pack, un pacchetto di servizi aggiuntivi non abilitato di default. Per farlo, andiamo in Settings, alla fine della finestra.
Nella nuova finestra che si apre, andiamo sulla scheda More Services, e clicchiamo su Get Contributed Pack. Non vi preoccupate del messaggio di attenzione, non succederà nulla utilizzando questi servizi.
Dopo pochi secondi vi dovrebbe dare un messaggio di conferma di avvenuto download. Ottimo, clicchiamo su Ok, e poi su Salva.
Ritorniamo adesso su Web -> QuickMapServices e vediamo che si sono aggiunti molti nuovi servizi. Andiamo su Google e poi selezioniamo tra le varie opzioni Google Satellite.
Vediamo che adesso si è aggiunta una mappa mondiale presa direttamente da Google Earth. Possiamo zoomare e la mappa si aggiornerà con le immagini ad alta risoluzione di Google. Notate anche come il sistema di riferimento è cambiato in EPSG: 3857, questo è infatti il SR utilizzato da servizi di mappatura web come appunto Google Maps, Earth, Bing Maps, ecc.
Muoviamoci adesso nella zona di Carchemish, che si trova esattamente al confine tra Siria e Turchia, lungo il fiume Eufrate (4231978.6, 4415376.5), possiamo caricare il layer world inserendolo nel campo delle coordinate ed orientandoci con quello e la mappa di base. In alternativa, possiamo installare il plugin ZoomtoPaste e copiare le coordinate del sito (sopra) nei campi X e Y e impostando lo zoom a 999.
Ora che abbiamo individuato la nostra regione di studio, abbiamo bisogno di inserire dati di contesto che ci permettano di lavorare sull’area. Di solito vogliamo cercare di avere: dei dati relativi alla posizione dei siti archeologici (così da avere già un’immagine chiara di cosa è presente nella regione ed eventualmente non tentare di individuare siti già noti), dei dati raster che possano permetterci di comprendere il contesto territoriale in cui questi siti si inseriscono, e dei dati relativi a città moderne per orientarci.
Visto che oggi abbiamo parlato di dati raster, cominciamo da questi. Andiamo sul sito Earth Explorer.
Earth Explorer della United States Geological Survey è la piattaforma di riferimento per l’accesso a moltissimi dati satellitari gratuitamente. Molti di questi sono forniti alla piattaforma dalla NASA, ma esistono anche dati dell’ESA (agenzia spaziale europea).
Verremo accolti dalla seguente schermata. EarthExplorer funziona ‘a passaggi’ esemplificati dalle schede in alto (Search Criteria, Data Sets ecc.). Dovremo infatti dire ad EarthExplorer qual è l’area che ci interessa, quali dati vogliamo, ed eventualmente aggiungere altri dettagli, prima di aver accesso ai risultati della nostra ricerca.
Facciamo login in alto a destra (altrimenti ci verrà richiesto di farlo per scaricare i dati). Una volta fatto possiamo muoverci nella mappa cliccando e tenendo premuto e zoomando.
Possiamo muoverci nella mappa a destra per cercare manualmente l’area di cui abbiamo bisogno. Tuttavia è presente una ricerca per luoghi che può esserci utile. All’interno del pannello geocoder, clicchiamo su “World Features” e poi su sotto “Feature Name” scriviamo “carchemish” e premiamo invio per cercare. Clicchiamo poi su carchemish all’interno della tabella risultato della ricerca (sotto “Place Name”).
Vedrete che la ricerca non sarà precisissima, ma già ci ha portato più vicini. Muovetevi un po’ verso sudo fino ad inquadrare il sito di Carchemish, ed eliminiamo anche il punto che usgs ha messo sulla mappa in automatico, cliccando sulla X rossa a sinistra sotto il pannello Polygon
Zoomiamo abbastanza vicino al sito di Carchemish e poi clicchiamo su Use Map sempre nel pannello Polygon. Possiamo anche cambiare la forma della nostra area di ricerca, ad esempio in un cerchio, o caricando uno shapefile predefinito, ma per il momento un poligono va più che bene. La nostra mappa si dovrebbe essere riempita di colore rosso.
Zoomiamo un po’ indietro ed osserviamo come USGS ha selezionato un’area più ampia di quella in cui avevamo il focus. Possiamo trascinare i vertici del poligono per cambiare la nostra selezione. Potete anche cancellare vertici col la X rossa nel pannello a sinistra, o aggiungerne altri cliccando su un punto qualsiasi della mappa.
Una volta soddisfatti, cambiamo scheda e selezioniamo Data Sets in alto
Una delle tipologie di dati raster più utilizzati per dare alla nostra mappa un contesto migliore sono i modelli digitali del terreno (in inglese DEM). Il più comunemente utilizzato è l’SRTM (Shuttle Radar Topography Mission), prodotto da una missione della NASA nel 2000, con una risoluzione spaziale di 30m, più che sufficiente per una mappatura regionale come quella di cui abbiamo bisogno.
Per selezionare questo dataset, clicchiamo sul + affianco a Digital Elevation e poi sul + accanto a SRTM. Spuntiamo poi la casella SRTM 1 Arc-Second Global (1 secondo di arco sono circa 30m, ci indica che il dataset che stiamo selezionando è corretto). Se voleste sapere di più sul dataset, potete cliccare la ‘i’ accanto al nome. Non abbiamo bisogno di fornire altri dati, quindi clicchiamo su Results.
A seconda dell’ampiezza della vostra area, EarthExplorer vi restituirà un numero di immagini. In questo caso, vediamo che esistono due immagini che intersecano l’area selezionata. Se osserviamo la lista di risultati vediamo alcune informazioni, come l’ID dell’immagine, la data in cui è stata caricata sul sito (in questo caso non la data di acquisizione), la risoluzione spaziale, e le coordinate al centro dell’immagine.
Possiamo avere un’immagine più chiara di quanta area copre una singola immagine cliccando sul pulsante a forma di impronta o sulla thumbnail dell’immagine subito alla sua destra. Quest’ultimo ci mostrerà un’anteprima dell’immagine sulla mappa. Per scaricare il file, clicchiamo sul pulsante del download (se non avete fatto il login, adesso ve lo chiederà).
Nella nuova finestra che si apre, selezioniamo il pulsante di download accanto a GeoTIFF e poi selezioniamo dove salvare il file. Una volta iniziato il download, chiudiamo la finestra Download Options e ripetiamo l’ operazione per la seconda immagine. Ora che abbiamo i nostri dati raster, possiamo ritornare pure a QGIS e caricarli nel nostro progetto.
Ora vediamo come caricare dei dati raster in QGIS. Come sempre, l’alternativa più semplice è trascinarli nella nostra mappa, tuttavia, continuiamo ad usare l’interfaccia di QGIS. Clicchiamo sul Gestore delle sorgenti dati e nel menu selezioniamo la finestra Raster. Ora clicchiamo sui tre puntini sotto sorgente per selezionare i nostri file.
Andiamo nella cartella dove abbiamo salvato i file e selezioniamo entrambe le immagini, poi clicchiamo su Apri. Se vedete le immagini in nero, è normale, i GeoTIFF non vengono letti facilmente dai visualizzatori di immagini comuni e ci si può lavorare giusto in GIS o in programmi di elaborazione immagini (Photoshop e simili).
La visuale in questa schermata è abbastanza semplice, non abbiamo bisogno di modificare nulla, possiamo quindi cliccare su Aggiungi.
Le immagini verranno aggiunte al pannello dei layer con il simbolo che identifica appunto i layer raster (il quadrato con pixel blu e neri). Notate come anche la mappa di base è, a tutti gli effetti, un raster.
Chiudiamo pure il gestore delle sorgenti e intanto salviamo il progetto (scriviamo ad esempio lab_carchemish).
Lavorare con la simbologia in QGIS
La simbologia vettoriale in QGIS
Plugin di QGIS
Dati Raster in GIS
Satelliti e telerilevamento
Concetti generali del telerilevamento (in inglese):
Articoli di riviste
Manuali di remote sensing
Pubblicazioni generali sull’utilizzo del remote sensing in archeologia